聯(lián)體氣缸蓋鑄造工藝設(shè)計探討.pdf

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1、ProductionTechniques生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)體氣缸蓋鑄造工藝設(shè)計探討孫曉敏，臧加倫，王勇(濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261061)摘要：闡述了聯(lián)體氣缸蓋鑄造工藝開發(fā)過程中的要點，包括鑄造工藝設(shè)計和工藝流程設(shè)計兩方面；對鑄造收縮率、澆注系統(tǒng)等工藝設(shè)計及制芯、組芯、浸涂工序等流程設(shè)計要點進(jìn)行了重點介紹。關(guān)鍵詞：氣缸蓋；工藝設(shè)計；工藝流程中圖分類號：TG242；文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；文章編號：1006—9658(2016)05—0023—04D01：10．3969／j．issn．1006—9658．2016．05．006隨著人們環(huán)保意識的日漸提高，柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格；

2、歐洲已于2013年底施行歐Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。我國柴油發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)緊跟歐洲，將全面實施國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，國V甚至國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)也在不遠(yuǎn)的將來推行。濰柴WPl0產(chǎn)品雖然占據(jù)了較大的市場份額，但作為一款老牌產(chǎn)品，其競爭優(yōu)勢在逐漸減少。為做好技術(shù)儲備，保證未來5～15年內(nèi)的競爭力，開發(fā)面向未來市場、性能先進(jìn)的柴油機(jī)對我廠今后的持續(xù)高速發(fā)展意義重大。1聯(lián)體氣缸蓋結(jié)構(gòu)分析H1柴油機(jī)是全新平臺柴油機(jī)，最高爆發(fā)壓力200X105Pa，缸徑116mm，缸心距144mm。因此Hl氣缸蓋設(shè)計為四氣門聯(lián)體氣缸蓋(如圖1所示)，外觀尺寸969×348X135(mm)，材料為HT325。圖1H1氣缸蓋外觀網(wǎng)Hl氣

3、缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚差別較大(如圖2所收稿日期：2016一01—26稿件編號：160l一1238作者簡介：孫曉敏(198l一)，女，工程師，現(xiàn)從事鑄造工藝開發(fā)工作中國鑄造裝備與技術(shù)5／2016oFMT示)。進(jìn)氣側(cè)存在螺栓搭子與氣門導(dǎo)管搭子連到一塊的厚大部位，可能會在鑄件上形成縮松缺陷。進(jìn)氣管壁厚5．5mm，且不易放置冒口補(bǔ)縮一器巍移∥《網(wǎng)2H1氣缸蓋壁厚差別大上水夾層共20個工藝孑L、6個噴油器孔及6個串水孑L；下水夾層1個工藝孑L、4個串水孔；滿足鑄造工藝清理及砂芯固定要求。上、下水夾層結(jié)構(gòu)如圖3所示圖3上下水夾層結(jié)構(gòu)2鑄造工藝設(shè)計2．1鑄造收縮率鑄造收縮率是所有鑄造工藝

4、中最基本的工藝參數(shù)之一。在工藝設(shè)計時鑄造收縮率選擇的正確與否直接影響鑄件的尺寸精度和幾何形狀精度。鑄造收縮率主要與鑄造合金成分和砂型、型芯阻力有關(guān)，此外還與鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、壁厚大小等多種因素有關(guān)?。i生產(chǎn)技術(shù)ProductionTechniques本文通過對本公司現(xiàn)生產(chǎn)的類似缸蓋進(jìn)行多次統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)1％鑄造收縮率偏小，H1氣缸蓋鑄造收縮率設(shè)計為1．1％?？紤]到進(jìn)氣道芯、上水夾層芯為整體長尺寸覆膜砂熱芯，鑄造收縮率設(shè)計為1．0％；同時，因為大尺寸熱芯盒制芯過程中芯盒本體發(fā)生線性膨脹，砂芯鑄造收縮率設(shè)計時需要考慮熱芯盒的線膨脹系數(shù)。工藝驗證過程中按上述收縮率設(shè)計的H1氣缸蓋

5、加工、劃線尺寸合格。2．2澆注系統(tǒng)設(shè)計針對Hl氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特點，采用立澆工藝，將進(jìn)氣管側(cè)放置在砂箱底部。兩層內(nèi)澆口設(shè)計在螺栓搭子位置，避免鐵液沖刷砂芯；底層內(nèi)澆口盡可能靠近底部，平衡底部薄壁進(jìn)氣管處溫度場，如圖4所示。圖4缸蓋立澆：[藝2．2．1阻流截面確定鑄件毛坯質(zhì)量390kg，壁厚5．5mm，澆注平均壓力頭520×9．8Pa，采用索伯列夫圖表法初步確定阻流截面積為21cm2。澆注系統(tǒng)各組元截面設(shè)計比例為F直：F橫：F內(nèi)=1．1：1：1．6，先封閉后開放，既有利于擋渣，又使充型平穩(wěn)。根據(jù)上述澆注系統(tǒng)截面積設(shè)計，完成充型模擬三維，經(jīng)Anycasting軟件模擬充型時間為3

6、2S，澆注時間過長；加大阻流面積至30cm2，充型時間26S，如圖5所示，最終確定H1氣缸蓋阻流截面積為30cm2。2．2．2階梯式澆注設(shè)計設(shè)計階梯式澆注系統(tǒng)，底層內(nèi)澆口截面積為28．14cm2，接近阻流截面積，解決以前澆注系統(tǒng)設(shè)計時雖然設(shè)計兩層內(nèi)澆口但同時進(jìn)鐵液的問題。模擬結(jié)果顯示8S時僅底層內(nèi)澆口進(jìn)鐵液，至16S時澆注液面上升到距離上層內(nèi)澆口約35mm處上層內(nèi)澆口開始進(jìn)鐵液(如圖6所示)?！?。蟒耐。俐6冗型過程2．3砂芯設(shè)計砂芯設(shè)計時既要要考慮砂芯間隙、定位、排氣、固定等工藝因素，還要考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備能力及與其它產(chǎn)品工藝裝備共用的問題。2．3．1砂芯種類根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

7、特點，每個缸蓋設(shè)計為1顆底盤芯、1顆上蓋芯、6顆下夾層芯、6顆排氣道芯、1顆進(jìn)氣道芯、l顆上夾層芯、1顆1≠≠長條芯、1顆2≠}長條芯、1顆前短邊芯、1顆后短邊芯、2顆定位芯共11種22顆砂芯(如圖7所示)。將H1缸蓋長條芯(總長度930mm)分為1≠}長條芯、2≠}長條芯，并采用一圓芯頭與另一端芯頭的兩側(cè)面固定；保證了砂芯均在同一車間制芯工部生產(chǎn)，方便生產(chǎn)管理與有序組織。蓋芯長條芯水夾層芯氣道芯水央層芯圖7分芯設(shè)計2．3．2芯頭設(shè)計下夾層芯、排氣道芯等單體砂芯的芯頭間隙設(shè)計為0．2mm；進(jìn)氣道芯、上夾層芯等整體砂芯的定位芯頭